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富水地层硐室围岩变形控制技术研究
| 论文题名： | 富水地层硐室围岩变形控制技术研究 |
| 关键词： | 地下硐室工程;富水破碎围岩;孔隙水压力;帷幕注浆;变形控制 |
| 摘要： | 随着中国地下资源开采和交通网络的迅猛发展，许多基础建设工程无可避免的需要修筑在一些地质条件复杂的区域，特别对于地下硐室工程而言，由于其“服务周期长、变形控制严格”的突出特点，一直以来都备受工程建设者们的关注。长期以来，水作为影响地下工程结构稳定性的一项主导因素，是有效控制围岩变形过程中不可忽视的关键变量，因此，开展地下渗流水作用下硐室围岩变形破坏机理和支护技术方面的研究具有较为重要的工程意义。 本文以郑万铁路巴东隧道穿越富水破碎围岩区段为工程背景，采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的研究方式，从富水隧道围岩塑性破坏特征的角度出发，分析了隧道围岩塑性区的几何分布形态，研究了孔隙水压对隧道围岩塑性区的影响，开展了不同含水率条件下的岩体力学试验，并提出了基于塑性区分布形态的隧道围岩控制方法。主要取得了以下研究成果： 基于弹塑性力学理论，建立了考虑孔隙水压力影响下的圆形硐室力学模型，推导得出了硐室围岩塑性屈服范围的近似边界方程。围绕边界方程中的各自变量分析得出，侧压力系数λ控制着塑性区的分布形态，当λ由1.0逐步增加至2.4的过程中，塑性区的基本形态完成了由“圆形→椭圆形→圆角矩形→沙漏形→蝶形”的演变；在双向主应力比值λ≤1.5的情况下，孔隙水压力pw向围岩临空面的消散现象对塑性区的发展具有小幅度的促进作用；而在较强水平主应力的影响下（λ≥1.8），孔隙水压力pw的存在增大了实际作用于岩体结构上的有效垂直主应力与有效水平主应力之间的差距，此时围岩塑性区的发展对孔隙水压力变的极为敏感，表现出较为明显的扩展趋势；水理作用对岩体抗剪强度参数（黏聚力c、内摩擦角φ）的降低使得塑性区的范围不断增长，几何形态特征也愈加明显。 通过对现场取样制得的岩石试件进行力学实验，发现不同含水条件下的岩样在抗压强度和变形参数方面都表现出明显的劣化特征。岩石单轴抗压强度、弹性模量随着含水率的增加均呈现出非线性降低的变化趋势，水岩作用使得岩石压缩过程中的残余强度和延性特征表现较为突出。此外，随着含水率的增加，岩样压缩破坏时的裂纹扩展和碎裂程度明显加大。由此分析可知，地下水对岩体结构的弱化作用是导致硐室围岩产生较大变形破坏的重要影响因素。 利用FLAC3D有限差分软件对巴东隧道穿越富水破碎围岩区段的施工技术进行数值模拟研究，提出了全断面超前帷幕注浆预加固配合“超前管棚+预应力型中空注浆锚杆+锁脚锚管+喷射混凝土”的分步联合支护方式。经现场试验表明，该方案在控制围岩收敛变形方面表现出良好的控制效果。 |
| 作者： | 隋毅 |
| 专业： | 矿业工程 |
| 导师： | 王卫军;刘飞飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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